高考物理二轮复习 专题四 电路与电磁感应 第2讲 电磁感应规律及其应用课件.ppt

第2讲电磁感应规律及其应用 1 2016 江苏单科 6 电吉他中电拾音器的基本结构如图1所示 磁体附近的金属弦被磁化 因此弦振动时 在线圈中产生感应电流 电流经电路放大后传送到音箱发出声音 下列说法正确的有 图1 A 选用铜质弦 电吉他仍能正常工作B 取走磁体 电吉他将不能正常工作C 增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势D 弦振动过程中 线圈中的电流方向不断变化 答案BCD 2 2014 江苏单科 1 如图2所示 一正方形线圈的匝数为n 边长为a 线圈平面与匀强磁场垂直 且一半处在磁场中 在 t时间内 磁感应强度的方向不变 大小由B均匀地增大到2B 在此过程中 线圈中产生的感应电动势为 图2 答案B 3 多选 2014 江苏单科 7 如图3所示 在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯 现接通交流电源 过了几分钟 杯内的水沸腾起来 若要缩短上述加热时间 下列措施可行的有 图3 A 增加线圈的匝数B 提高交流电源的频率C 将金属杯换为瓷杯D 取走线圈中的铁芯 解析杯内的水之所以沸腾 是由于金属杯处于下方线圈所产生的交变磁场中 产生涡流 从而使金属杯温度升高 而瓷杯内不会产生涡流 故C错 要想缩短加热时间 则应增大磁场的强度和变化率 因此A B正确 D错误 答案AB 4 2015 江苏单科 13 做磁共振 MRI 检查时 对人体施加的磁场发生变化时会在肌肉组织中产生感应电流 某同学为了估算该感应电流对肌肉组织的影响 将包裹在骨骼上的一圈肌肉组织等效成单匝线圈 线圈的半径r 5 0cm 线圈导线的截面积A 0 80cm2 电阻率 1 5 m 如图4所示 匀强磁场方向与线圈平面垂直 若磁感应强度B在0 3s内从1 5T均匀地减为零 求 计算结果保留一位有效数字 图4 1 该圈肌肉组织的电阻R 2 该圈肌肉组织中的感应电动势E 3 0 3s内该圈肌肉组织中产生的热量Q 答案 1 6 103 2 4 10 2V 3 8 10 8J 考情分析 电磁感应的综合应用是高中物理中难度较大 综合性最强的部分之一 是高考必考内容之一 电磁感应与力学 电路 磁场 能量等密切联系 涉及知识面广 综合性强 能力要求高 题型有计算题 选择题 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 规律方法 1 感应电流方向的判断方法 1 右手定则 即根据导体在磁场中做切割磁感线运动的情况进行判断 2 楞次定律 即根据穿过闭合回路的磁通量的变化情况进行判断 1 2016 北京理综 16 如图5所示 匀强磁场中有两个导体圆环a b 磁场方向与圆环所在平面垂直 磁感应强度B随时间均匀增大 两圆环半径之比为2 1 圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb 不考虑两圆环间的相互影响 下列说法正确的是 精典题组 图5 A Ea Eb 4 1 感应电流均沿逆时针方向B Ea Eb 4 1 感应电流均沿顺时针方向C Ea Eb 2 1 感应电流均沿逆时针方向D Ea Eb 2 1 感应电流均沿顺时针方向 答案B 2 多选 2016 全国卷 20 法拉第圆盘发电机的示意图如图6所示 铜圆盘安装在竖直的铜轴上 两铜片P Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触 圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中 圆盘旋转时 关于流过电阻R的电流 下列说法正确的是 图6 A 若圆盘转动的角速度恒定 则电流大小恒定B 若从上向下看 圆盘顺时针转动 则电流沿a到b的方向流动C 若圆盘转动方向不变 角速度大小发生变化 则电流方向可能发生变化D 若圆盘转动的角速度变为原来的2倍 则电流在R上的热功率也变为原来的2倍 答案AB 3 多选 2016 江西新余模拟 如图7甲 固定在光滑水平面上的正三角形金属线框 匝数n 20 总电阻R 2 5 边长L 0 3m 处在两个半径均为r L 3的圆形匀强磁场区域中 线框顶点与右侧磁场区域圆心重合 线框底边中点与左侧磁场区域圆心重合 磁感应强度B1垂直水平面向上 大小不变 B2垂直水平面向下 大小随时间变化 B1 B2的值和变化规律如图乙所示 则下列说法中正确的是 取3 图7A 通过线框中的感应电流方向为逆时针方向B t 0时刻穿过线框的磁通量为0 1WbC 在0 0 6s内通过线框中的电荷量为0 006CD 0 0 6s时间内线框中产生的热量为0 06J 答案AD 4 如图8甲所示 绝缘的水平桌面上放置一金属圆环 在圆环的正上方放置一个螺线管 在螺线管中通入如图乙所示的电流 电流从螺线管a端流入为正 以下说法正确的是 图8 A 从上往下看 0 1s内圆环中的感应电流沿顺时针方向B 0 1s内圆环面积有扩张的趋势C 3s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力D 1 2s内和2 3s内圆环中的感应电流方向相反 解析由图乙知 0 1s内螺线管中电流逐渐增大 穿过圆环向上的磁通量增大 由楞次定律知圆环中感应电流的磁场向下 圆环面积有缩小的趋势 从上往下看 0 1s内圆环中的感应电流沿顺时针方向 选项A正确 B错误 同理可得1 2s内和2 3s内圆环中的感应电流方向相同 选项D错误 3s末电流的变化率为0 螺线管中磁感应强度的变化率为0 在圆环中不产生感应电流 圆环对桌面的压力等于圆环的重力 选项C错误 答案A 电磁感应中的力 电综合问题 规律方法 解决电磁感应中的力 电问题的关键电磁感应与力学问题联系的桥梁是磁场对感应电流的安培力 解答电磁感应中的力学问题 在分析方法上 要始终抓住导体的受力 特别是安培力 特点及其变化规律 明确导体的运动过程以及运动过程中状态的变化 准确把握运动状态的临界点 1 2016 襄阳模拟 如图9 两根相距L 1m 电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置 导轨足够长 其一端接有一阻值为R 2 的电阻 导轨处在磁感应强度为B 0 5T的匀强磁场中 磁场方向垂直导轨平面向里 一根质量m 0 2kg 电阻r 0 5 的金属棒置于导轨左端 并与导轨垂直放置 有两种情况可以让棒在导轨上做匀变速直线运动 1 给棒施加一个水平向右的随时间变化的力F 可以让棒从静止开始向右以加速度a1 1m s2做匀加速运动 2 将轨道左端的定值电阻换成一个随时间变化的电阻R0 再给棒一个水平向右的初速度v0 6m s 可以使棒向右以加速度a2 1m s2匀减速运动一段时间 则上述两种情况所描述的变力F和变化的电阻R0满足的方程是 精典题组 图9A F 0 1t 0 2 N R0 7 1 25t B F 0 1t 0 2 N R0 7 1 25t C F 0 125t 0 2 N R0 7 5 1 25t D F 0 125t 0 2 N R0 7 5 1 25t 答案A 2 2016 湖南益阳模拟 如图10所示 竖直面内的正方形导线框ABCD和abcd的边长均为l 电阻均为R 质量分别为2m和m 它们分别系在一跨过两个定滑轮的绝缘轻绳两端 在两导线框之间有一宽度为2l 磁感应强度为B 方向垂直纸面向里的匀强磁场 开始时ABCD的下边界与匀强磁场的上边界重合 abcd的上边界到匀强磁场的下边界的距离为l 现将两导线框由静止释放 当ABCD全部进入磁场时 两导线框开始做匀速运动 不计摩擦和空气阻力 重力加速度为g 求 图10 1 两导线框匀速运动的速度大小 2 两导线框在从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热 3 导线框abcd通过磁场的时间 图11 1 小灯泡正常发光时的电阻R 2 线框保持不动的时间内 小灯泡产生的热量Q 答案 1 1 25 2 3 14J 高频考点九电磁感应中的图象问题 三 看 与三 找 妙解电磁感应图象问题 一 解决磁感应强度变化产生电动势问题的三 看 一看区间 二看大小 三看方向 典例 一矩形线圈位于一随时间t变化的匀强磁场内 磁场方向垂直线圈所在的平面 纸面 向里 如图12甲所示 磁感应强度B随t的变化规律如图乙所示 以I表示线圈中的感应电流 以图甲中线圈上箭头所示方向为电流的正方向 则下列选项中的I t图象正确的是 图12 解析一看区间 根据法拉第电磁感应定律 4 5s内磁通量不变 感应电动势和感应电流为0 排除C D 二看大小 0 2s内感应电流大小不变 A B都符合要求 三看方向 根据楞次定律 0 1s内感应电流方向为负方向 1 2s内感应电流方向为正方向 B错误 A正确 答案A 变式1根据感应电流 反推磁感应强度B的变化 多选 一个圆形闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中 线圈平面与磁场方向垂直 如图13甲所示 设垂直于纸面向里的方向为磁感应强度的正方向 线圈中顺时针方向为感应电流的正方向 已知圆形线圈中的感应电流i随时间变化的图象如图乙所示 则线圈处的磁场的磁感应强度随时间变化的图象可能是下列选项中的 图13 解析一看区间 在0 1s内感应电流方向发生了变化 因此0 1s内B t图象的斜率发生变化 排除B 二看大小 A C D都符合题意 三看方向 根据楞次定律 A中由于磁感应强度变化而产生的感应电流的方向在0 1s内的前一段为正方向 A错误 通过0 3s内的感应电流方向可知C D符合题意 答案CD 变式2判断安培力随时间的变化 2016 河南郑州模拟 如图14甲所示 正三角形硬导线框abc固定在磁场中 磁场方向与线框平面垂直 图乙表示该磁场的磁感应强度B随时间t变化的关系 t 0时刻磁场方向垂直纸面向里 在0 4t0时间内 线框ab边受到该磁场对它的安培力F随时间t变化的关系图为 规定垂直ab边向左为安培力的正方向 图14 解析利用排除法 本题四个选项中变化区间都符合要求 0 t0和3t0 3 5t0时间内 电流方向相反 但磁场方向也相反 因此安培力的方向是相同的 选项B C D错误 A正确 答案A 二 解决导体做切割磁感线运动产生电动势问题的三 找 一找有效切割长度 二找变化趋势 三找方向 图15 解析线框bc边在0 L过程中不产生感应电流 在L 2L过程中bc边切割磁感线的有效长度逐渐变大 由右手定则知感应电流沿顺时针方向 逐渐变大 线框bc边在2L 3L过程中 bc边和ad边都有一部分切割磁感线 产生的感应电流沿逆时针方向 大小不变 线框bc边在3L 4L过程中 ad边切割磁感线 有效长度逐渐变小 产生的感应电流沿顺时针方向 逐渐减小 答案C 变式磁场区域变为正方形 且判断电流和安培力的变化 多选 如图16所示 在光滑的水平桌面上有一直角边长为l 电阻为R的等腰直角三角形ABC导线框 在导线框的右侧有一边长为l的正方形匀强磁场区域 磁场的左边界与导线框的直角边BC平行 磁场方向垂直纸面向里 现将导线框以恒定的速度v向右运动 t 0时刻 导线框的顶点A恰好到达磁场的左边界 随后导线框进入并匀速通过磁场区域 规定逆时针方向为感应电流 i 的正方向 水平向左为安培力 F 的正方向 则下列选项中的i t图象和F t图象可能正确的是 图16 答案BD 反思总结 1 电磁感应中的图象问题的分析解决图象问题的关键是分析磁通量的变化是否均匀 从而判断感应电动势 感应电流 或安培力的大小是否恒定 然后运用楞次定律或右手定则判断其方向 从而确定其正负 2 电磁感应中图象类选择题的两个常见解法 排除法 定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势 增大还是减小 变化快慢 均匀变化还是非均匀变化 特别是物理量的正负 排除错误的选项 函数法 根据题目所给条件写出两个物理量之间的函数关系 然后由函数关系对图象作出分析和判断